纳米纤维素/磷酸铁锂电极材料的制备开题报告

1. 研究目的与意义

目的:制备纳米纤维素与磷酸铁锂复合成的电极材料，并测试此材料的性能及研究其在电池中的应用。

意义:纸和纸板是人们日常生活和工业中不可缺少的材料，特别是在包装工业中占有重要地位。作为包装材料，纸、纸板及其制品占整个包装材料的40﹪以上。如此巨大的使用量必然带来大量的废弃物，因而我国每年产生大量的纸包装废弃物。而在这些纸质废弃物中含有大量具有低成本、低密度、高比强度、高比强模量、生物相容性好、可降解、可再生、可循环利用等特点的生物质纤维素。从纸质包装废弃物中提取纳米纤维素并与其他材料进行复合成一种新型材料，不仅能使资源循环有效利用，而且变废为宝，缓解了环境和资源问题，实现了国家的可持续发展。将纳米纤维素加入到复合材料中，可显著提高材料的热稳定性、力学强度、硬度、刚性和柔韧性同时纳米复合材料，具有高强度和弹性模量且对环境有益，被视为下一代新型绿色材料。在此次课题研究中将从纸质中提取的纳米纤维素与磷酸铁锂复合成一种新型电极材料。磷酸铁锂(LiFePO4)作为新一代锂离子电池正极材料,以其高安全性、稳定的循环性能、环境友好和价格低廉等优点引起了人们极大的关注,虽然它的研究时间比较短,但是很快实现了商品化。磷酸铁锂电池有几个关键指标处于领先地位:安全性能、高温性能、环保性能和超长寿命,尤其在大容量方面的优势更为明显。因此,磷酸铁铿电池目前被认为是最好的二次动力电池。但由于存在电导率低的问题及锂离子扩散系数小的缺点，影响了磷酸铁锂正极材料的实用化进程,它的大规模应用受到限制。将磷酸铁锂与纳米纤维素复合后以改善磷酸铁锂在应用中存在的问题及其电化学性能。纳米纤维素与磷酸铁锂磷复合制备的电极材料在电池中的应用能够增加磷酸铁锂电池诸多优势使其应用空间也相应扩大。

2. 国内外研究现状分析

国外：自1996年日本的ntt首次揭露aympo4(a为碱金属，m为co、fe两者之组合：lifecopo4)的橄榄石结构的锂电池正极材料之后，1997年美国德克萨斯州立大学john.b.goodenough等研究群，也接着报导了lifepo4的可逆性地迁入脱出锂的特性，美国与日本不约而同地发表了橄榄石结构(limpo4),使得该材料受到了极大的重视，并引起广泛的研究和迅速的发展。

国内：目前国内外主要的磷酸铁锂生产企业均采用传统的高温固相反应法,通常是将锂源(如:碳酸锂)、铁源(草酸亚铁、铁红)、磷源(磷酸二氢铵、磷酸氢二铵)经过长时间剧烈的研磨混合,再经过长时间的多次高温焙烧,再经过强力粉碎和分级制成。这一工艺成熟、简单易行,但是操作过程过于粗放,产品质量稳定性较差,技术提升受到一定的限制。清华大学核能与新能源技术研究院在国际上率先提出并采用独特的控制结晶碳热还原新工艺,利用硝酸铁、磷酸、氨水、碳酸锂、蔗糖等廉价的普通工业原料,采用与上述传统工艺截然不同的温和的湿法、火法相结合的路线,制备出综合性能优良的新一代磷酸铁锂材料一一球型磷酸铁锂。

纳米纤维素的研究在国内外越来越成熟。

3. 研究的基本内容与计划

内容：以废弃纸为原料，提取纳米纤维素然后将纳米纤维素与磷酸铁锂复合制备电极材料，并对其性能进行测试。

计划：1）11月选题，查阅文献，收集资料，明确研究方向；2）12月拟定实验方案；3）121月准备实验材料，进行预实验；4）34月正式试验及数据分析；5）5月撰写毕业论文；6）6月修改文章并定稿，准备答辩。

4. 研究创新点

1.以废纸为原料，节约能源，减少资源浪费，符合可持续绿色发展观，保护环境，充分发挥废纸再生的功能，实现了废弃物资源化和有效循环利用，减轻了环境负荷。

2．目前国内关于纤维素纳米纤维/磷酸铁锂复合电极材料的研究较少，本课题以回收包装纸为原材料，通过化学处理和机械处理提取出纤维素纳米纤维，制备出了复合电极材料，制备方法简单，成本较低，且实现了变废为宝。

3．磷酸铁锂电子导电率低，与纤维素纳米纤维进行复合，制备出的复合材料不仅具有良好的力学性能，同时也改善了导电性能，本课题对于制备新型导电纸具有一定的参考价值和研究价值。